CN210297671U - 一种单火开关控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种单火开关控制电路，两个二极管D1、D2与两个N沟道场效应管N1、N2组成的混合桥路，混合桥路的输出经限流电阻R2以及滤波电容C6，滤波电容C6的电压供给来源于取电变换电路；所述N沟道场效应管N1、N2的栅极分别施加崭波驱动信号。本实用新型利用场效应管承担主开关，通过对其施加具有一定占空比的崭波信号，实现了兼顾断态取电和通态取电两种取电模式，通态取电和断态取电的变换电路不需要改变，除了主控制开关N1和N2外不需要额外的通态取电和断态取电切换电路，主控制开关N1和N2采用场效应管，内阻很小，开关效率高且不会发热，可靠性高。

Description

一种单火开关控制电路

技术领域

本实用新型涉及开关电路技术领域，特别是一种单火开关控制电路。

背景技术

随着智能家居的兴起，未来家庭生活将会越来越自动化，人们将生活在一个数字化的社会环境中。而普通家电的智能化解决起来较为简单，比如冰箱、空调等，这些家电都需要零线、火线供电，智能家居的控制系统可以从零线、火线上获取电源，但是灯具开关却不同，传统灯具开关只控制一条线的开与关，没有供电的另一条线路，因此灯具的智能化存在一定的困难，这个困难就是单火控制开关，目前单火控制开关是智能家居领域一个不小的难题。

单火开关为安装在灯具开关位置上的自动控制开关，此种自动控制控制开关的特点是：所控制的线路只有单根火线，而没有零线，因此电路部分的电源获取成为难题。

单火开关取电分为两个阶段：开关断开状态的取电以及开关闭合状态的取电。对于开关断开状态的取电，即断态取电，由于市电供电与负载(一般是灯具)以及开关构成一个串联回路，当开关断开时，市电电压全部由开关承担，而负载上的电压为零。在断开状态下，由于开关两端就有电压，因此取电问题较为容易解决，只要截取微小电流，能够满足电路部分的需求即可。目前有些设计采用高效DC-DC变换，在断开状态下需要截取几十μA的电流，就可以变换出几个mA的电流，而从开关上截取的几十μA电流，不会导致灯具点亮。对于开关闭合状态的取电，即通态取电，当开关处于闭合状态后，理论上开关两端的电压降为0，控制电路无法获取电源，为了解决这个问题，很多采用在开关上串联阻性元件或者采用压降不为0的电子开关，利用开关的残余电压给电路部分供电。这种方法为目前比较流行的方法，例如采用可控硅开关，由于可控硅的导通压降在1.5-2V左右，这个电压足够供给开关的电路部分，再比如采用继电器开关，在电路上串联一个电阻或者恒压元件，迫使开关具有一个残余电压。

但是现有单火开关取电方法有诸多缺点，首先在通态取电时，开关元件的压降会导致供电效率下降，特别是在大负载情况下，例如驱动100W的灯具，电流达到0.4-0.5A，如果开关导通压降为2V，则开关功耗达到0.8-1W，这么大的功耗不但会导致供电效率下降，而且也会导致开关发热严重，将会有火灾隐患；另外电路设计复杂，可靠性不高，目前的单火开关取电电路需要兼顾断态取电和通态取电两种取电模式，需要较为复杂的切换方法，而这些切换电路均需要工作在高压状态，因此会导致电路设计复杂化，并且可靠性不高，因此目前仍然没有稳定可靠的单火开关。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种单火开关控制电路，旨在解决现有技术中单火开关切换电路复杂度高且可靠性低的问题，实现无需复杂的切换电路，兼顾通态取电和断态取电，可靠性高。

为达到上述技术目的，本实用新型提供了一种单火开关控制电路，所述电路具体结构为：

两个二极管D1、D2与两个N沟道场效应管N1、N2组成的混合桥路，混合桥路的输出经限流电阻R2以及滤波电容C6，滤波电容C6的电压供给取电变换电路；

所述N沟道场效应管N1、N2的栅极分别施加崭波驱动信号。

优选地，所述N沟道场效应管N1漏极连接二极管D1以及开关引出端子的第1引脚，N沟道场效应管N2连接二极管D2以及开关引出端子的第2引脚，二极管D1、D2分别与限流电阻R2连接，N沟道场效应管N1、N2的漏极之间串联有压敏电阻。

优选地，所述N沟道场效应管N1、N2的栅极与崭波驱动信号之间分别设置驱动电阻R3、R4，驱动电阻R3、R4阻值为1K。

优选地，所述N沟道场效应管N1、N2的栅极还分别连接有接地电阻R5、R6，接地电阻R5、R6的阻值为1M。

优选地，所述取电变换电路为串联降压电路或DC-DC变换电路。

优选地，所述N沟道场效应管N1、N2的源极之间串联有电流取样电阻。

实用新型内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是实用新型所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

与现有技术相比，本实用新型提出了一种单火开关控制电路，利用场效应管承担主开关，通过对其施加具有一定占空比的崭波信号，实现了兼顾断态取电和通态取电两种取电模式；

通态取电和断态取电的变换电路不需要改变，除了主控制开关N1和N2外不需要额外的通态取电和断态取电切换电路；

主控制开关N1和N2采用场效应管，内阻很小，开关效率高且不会发热；

负载得到的电压高。由于传统单火开关取电电路采用串联通态压降不为0的半导体开关或者其他取压元件，导致负载得到的电压下降较大，例如采用整流桥和可控硅的单火开关，在开通状态下，开关压降达到3-4V，220V电压负载得到216-217V，得压比例为98％，而本实用新型负载得压率为99.96％；

电路功耗几乎不随开关状态发生改变，如果控制电路需要的功耗固定，则电路功耗几乎不变；

电路可靠性得到保证，传统单火取电很大的问题在于开关自身功耗在开关导通状态下大幅度上升，特别是在大负载状态下，功耗大意味着不安全，会导致功率器件烧毁，也非常容易引起火灾，这也是单火开关长期以来无法大量推广的内在原因，而在本实用新型中，由于场效应管内阻很小，功耗大幅度降低；

传统采用通态串联取压方法，当负载很小时，串联取压压降就会下降，得不到应得的电压，因此会存在最小可控负载的问题，在本实用新型中通态时取压仍然通过崭波方式获得高压(市电电压)到电容C6，因此不存在小负载时取压不足的问题；

由于主开关采用N沟道场效应管，和二极管易于集成，为单火开关电路标准化铺平道路；

本实用新型所述单火开关电路，主电路简单可靠，有效降低成本。。

附图说明

图1为本实用新型实施例中所提供的一种单火开关控制电路示意图；

图2为本实用新型实施例中所提供的一种崭波驱动信号示意图；

图3为本实用新型实施例中所提供的一种添加电流取样电阻后的单火开关控制电路示意图。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本实用新型。

下面结合附图对本实用新型实施例所提供的一种单火开关控制电路进行详细说明。

如图1所示，本实用新型实施例公开了一种单火开关控制电路，所述电路具体结构为：

两个二极管D1、D2与两个N沟道场效应管N1、N2组成的混合桥路，混合桥路的输出经限流电阻R2以及滤波电容C6，滤波电容C6的电压供给取电变换电路；

所述N沟道场效应管N1、N2分别连接崭波驱动信号。

J1为开关引出端子，二极管D1、D2以及N沟道场效应管N1、N2构成一个混合桥路，其中二极管D1、D2为上臂，N沟道场效应管N1、N2为下臂。R2为限流电阻，YM1为压敏电阻，用于保护电路不因过压而损坏。C6为滤波电容，C6上的电压供给为取电变换电路，根据控制电路的功耗，取电电路可以是简单的效率较低的串联降压电路，也可以采用高效的DC-DC变换电路。R5和R6是场效应管N1、N2的栅极接地电阻，防止在崭波驱动处于高阻态时导致场效应管误动作，为减轻崭波驱动的负载，R5、R6取值可以很大，在本实施例中，大小取值为1M，在其他实施例中，可以选择其他阻值或者可以不用。R3、R4为场效应管的栅极驱动电阻，其阻值视场效应管的栅极特性以及崭波驱动的内阻而定，可以在几欧到几千欧范围内选择，在本发明实施例中给出的参数是1K，另外在其他实施例中也可以不用。

在断态时，崭波驱动1和崭波驱动2均为低电压，场效应管N1、N2截止，N1、N2的寄生二极管与二极管D1、D2构成全波整流桥，桥的输出通过电阻R2给电容C6充电。C6的电压供给取电变换电路，如果控制电路功耗较低，取电变换电路可以采用成本较低的线性降压电路，比如采用串联电阻和稳压二极管构成的简单降压电路，如果控制电路功耗较高，可以采用效率高的DC-DC变换电路。

在通态时，当崭波驱动1和崭波驱动2施加高电压的驱动信号时，N1、N2导通，构成一个双向模拟开关，并且处于开通状态，单火开关导通。在单火开关导通的情况下，由于场效应管的内阻很小，二极管D1、D2的整流输出为0，电容C6上的电压没法维持。为避免该问题，N1、N2的驱动信号不能采用稳定的直流，而是采用有一定占空比的崭波信号，如图2所示，在t1期间驱动信号为高电压，场效应管导通，t2期间驱动电压为低电压，场效应管关闭。场效应管导通后，开关引出端子J1两端的电压近似为0，二极管D1、D2没有整流输出，取电变换电路利用C6上的残余电压继续工作；场效应管关闭期间，J1两端成为市电电源电压，D1、D2整流有输出，通过R2给电容C6充电。

t1和t2的占空比估算如下：

R2和C6的时间常数为68*0.1＝6.8uS，如果平均取电电流为50uA，则C6电压跌落50V的放电时间为100ms，因此只要每隔100ms(t1)左右，关闭场效应管6.8uS(t2)就可以满足取电要求。在实际控制中需要考虑交流电的周期变化，当交流电的一个周期出现4个场效应管的关闭期，如果维持占空比不变，则t2为0.34uS，当场效应管功率较大时，栅极电容较大，因此可将t2设置为2-10uS。在t2为2uS时，负载得压率为99.96％。

由于单火开关在刚开通的瞬间，由于负载可能存在容性，会导致比较大的冲击电流，本实施例中的电路可以采用导通占空比逐渐加大的方式，实现软启动，可以有效保护N1、N2不会被大电流烧毁，进一步提高了电路的安全性。另外也可以在N1、N2的源极串联一个电流取样电阻，这样软启动电路可以根据实际测量的电流控制驱动占空比，使得单火开关的开通更加安全，同时该取样电阻还可以实现电流检测以及短路、过流保护，添加电流取样电阻的电路结构如图3所示。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种单火开关控制电路，其特征在于，所述电路具体结构为：

两个二极管D1、D2与两个N沟道场效应管N1、N2组成的混合桥路，混合桥路的输出经限流电阻R2以及滤波电容C6，滤波电容C6的电压供给取电变换电路；

所述N沟道场效应管N1、N2的栅极分别施加崭波驱动信号。

2.根据权利要求1所述的一种单火开关控制电路，其特征在于，所述N沟道场效应管N1漏极连接二极管D1以及开关引出端子的第1引脚，N沟道场效应管N2连接二极管D2以及开关引出端子的第2引脚，二极管D1、D2分别与限流电阻R2连接，N沟道场效应管N1、N2的漏极之间串联有压敏电阻。

3.根据权利要求1所述的一种单火开关控制电路，其特征在于，所述N沟道场效应管N1、N2的栅极与崭波驱动信号之间分别设置驱动电阻R3、R4，驱动电阻R3、R4阻值为1K。

4.根据权利要求1所述的一种单火开关控制电路，其特征在于，所述N沟道场效应管N1、N2的栅极还分别连接有接地电阻R5、R6，接地电阻R5、R6的阻值为1M。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种单火开关控制电路，其特征在于，所述取电变换电路为串联降压电路或DC-DC变换电路。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种单火开关控制电路，其特征在于，所述N沟道场效应管N1、N2的源极之间串联有电流取样电阻。

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